第八章 热电式传感器

08自动化章节习题解答

1 第一章 基础习题答案

1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？

解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？

解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。

（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统

① MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。

② 研制仿生传感器

③ 研制海洋探测用传感器

④ 研制成分分析用传感器

⑤ 研制微弱信号检测传感器

（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。

（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。

（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。

3. 时间常数为0.001秒的一阶装置对正弦信号进行测量，要求振幅误差在5%以内，求该装置能够测量的正弦信号的最高频率。

解:

τ=0.001

100/5])2(1[11)(1212ffH …………7

f=52.3 ……………………………………….3

4.设时间常数为5s的温度计，从C20的室温条件下突然输入C80的水中，经过15s之后，温度计的指示值为多少度?(77℃)

.

精品 第5章 热电式传感器习题

1、 热电偶结构由哪几部分组成？

2、 用热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？

3、热电阻温度计有哪些主要优点？

4、 已知铜热电阻—Cul00的百度电阻比W(100)=1.42，当用此热电阻测量50℃温 度时，其电阻值为多少?若测温时的电阻值为92Ω，则被测温度是多少?

解：由 W（100）=R100 /R0 =1.42，则其灵敏度为

C42010042010010042010042101000000100o/..R.RR.RRK 则温度为50℃时，其电阻值为

R50 = R0 +K×50=100+0.42×50=121(W)

当Rt=92W时，由Rt = R0 +Kt，得

t=( Rt﹣R0)/K=(92﹣100)/0.42=﹣19(℃)

5、 将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电位计相连接测量其热电势，电位计接线端是30℃，若电位计上读数是60mV，热电偶的热端温度是多少?

解： CCCmVmVt78030/08.060

6、参考电极定律有何实际意义?已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为13.967mV，材料B与铂配对的热电势是8.345mV，求出在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势。

解：由标准电极定律

E (T,T0 )=EA铂(T,T0 )﹣EB铂 (T,T0 )

=13.967﹣8.345=5.622(mV)

7、 镍铬—镍硅热电偶灵敏度为0.04mV/℃，把它放在温度为1200℃处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50℃，试求热电势大小。

解： E(1200,50)= (1200-50)×0.04=46(mV)

第一章 传感器的概述

1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。

2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成

电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。

3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。传感器基本组成有敏感元件和

转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。

第二章 传感器的基本特性

1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。

2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。

3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。

4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。

5.例题：

1．用某一阶环节传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？

解：一阶传感器的频率响应特性：

幅频特性：

2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。

3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(jjH)(11)(Asradfnn/13572162236.014.121)(A)(4)(1)(Anmaxn21222所以，时共振，则当解：二阶系统程是xydtdy310224 ，y代表水银柱的高度，x代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。

解：原微分方程等价于：xydtdy3102

1-1 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。

1、 线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。

2、 回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。

3、 重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。

4、 灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

5、 分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。

6、 阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。

7、 稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。

8、 漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。

9、 静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。

1-2 计算传感器线性度的方法，差别。

1、 理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。

2、 端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。

3、 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。

4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。

1-3 什么是传感器的静态特性和动态特性为什么要分静和动

（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。

动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

（2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。